Повышение эффективности транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам

Для современного этапа развития нефтегазодобывающей отрасли России, в том числе и АНК «Башнефть», характерна тенденция уменьшения объемов добычи нефти из эксплуатируемых месторождений, вступивших в позднюю стадию разработки. Сегодня более 90% нефти, добываемой в России, добывается с помощью методов регулирования пластового давления путем закачки в пласт воды. В условиях естественного истощения разрабатываемых месторождений, роста обводненности добываемой продукции все более значимой становится энергетическая оптимальность процессов транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам.

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений Башкортостана появляется необходимость в реконструкции систем сбора и подготовки нефти, газа и воды, которая диктуется сокращением объемов добываемой нефти, физическим и моральным старением трубопроводов и оборудования. Реконструкция должна обеспечивать сокращение протяженности промысловых трубопроводов, количества дожимных насосных станций (ДНС) и установок подготовки нефти на месторождении, а также других промысловых объектов.

На сегодняшний день в целом по стране, а также на месторождениях Башкортостана основная часть продукции в системах сбора перекачивается центробежными насосами.

В связи с этим возникает необходимость учета влияния основных параметров транспортирования водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам на эффективность технологического процесса (в том числе на основе разработки математических моделей пересчета характеристики центробежных насосов при работе на водонефтяных эмульсиях, уточнения методики гидравлического расчета трубопроводов при перекачке водонефтяных эмульсий).

Работа, направленная на развитие технологии сбора продукции скважин и повышение эффективности транспортирования водонефтяных эмульсий центробежными насосами, базируется на углублении знаний об образовании и разрушении водонефтяных эмульсий в условиях их высокой обводненности и является актуальной для месторождений, вступивших в позднюю стадию разработки.

Цель работы.

Повышение эффективности транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам на основе теоретического и экспериментального изучения технологического процесса, разработки методики расчета характеристик насоса и уточненной методики гидравлического расчета трубопроводов для условий месторождений АНК «Башнефть».

Основные задачи исследований.

1. Оценка реологических особенностей водонефтяных эмульсий в системах сбора продукции скважин АНК «Башнефть».

2. Разработка математических моделей пересчета характеристик насоса с воды на водонефтяные эмульсии.

3. Разработка стенда и проведение испытаний центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях и сопоставление их фактических характеристик с теоретическими.

4. Разработка методики расчета характеристик насосов, перекачивающих водонефтяные эмульсии, на базе результатов теоретических и экспериментальных исследований.

5. Разработка уточненной методики гидравлического расчета нисходящих участков трубопроводов при перекачке газоводонефтяных (ГВН) смесей.

Научная новизна.

1. Установлено, что при перекачке водонефтяных эмульсий слой вытеснения на диске рабочего колеса центробежного насоса формируется из дисперсионной среды эмульсии. Эффективная вязкость и толщина слоя вытеснения в значительной степени определяют величину падения напора и коэффициента полезного действия насоса.

2. Впервые предложены теоретически и подтверждены экспериментально зависимости для расчета характеристик центробежных насосов при работе на водонефтяных эмульсиях на поздней стадии разработки месторождений АНК «Башнефть».

3. Обосновано теоретически и подтверждено промысловыми экспериментами, что при перекачке газоводонефтяных смесей на нисходящих участках трубопроводов в зависимости от соотношений величин потерь давления на гидравлические сопротивления и на гравитационные силы общий перепад давления может быть как положительным, так и отрицательным. Проведённые гидравлические расчёты систем сбора месторождений АНК «Башнефть» показали, что на некоторых нисходящих участках при определённых параметрах ГВН смесей при числах Фруда меньше 6 смесь движется при пробковой структуре.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработана методика пересчета характеристик центробежных насосов с воды на водонефтяные эмульсии, которая является составной частью следующих нормативных документов:

— СТП 03−166−2004 «Агрегаты электронасосные центробежные нефтепромысловых систем. Методика проведения технического аудита на предприятиях ОАО «АНК «Башнефть»;

— СТП 16−15 283 860−003−2004 «Руководство по организации эксплуатации оборудования насосных станций систем сбора, подготовки нефти и ППД на предприятиях ОАО «АНК «Башнефть».

Разработана методика гидравлического расчета нисходящих участков трубопроводов при перекачке газоводонефтяных смесей, которая является составной частью СТО 03−191−2006 «Эксплуатация промысловых трубопроводов ОАО «АНК «Башнефть».

Результаты исследований внедрены при реконструкции систем сбора Арланского и Туймазинского нефтяных месторождений Республики Башкортостан.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на:

• научно-практической конференции «60 лет Девонской нефти» (г. Октябрьский, 2004 г.);

• научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности» в рамках 14-ой Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии — 2006» (г. Уфа, 2006 г.);

• семинарах, заседаниях секций Ученого совета ГУП «ИПТЭР».

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведена оценка реологических особенностей водонефтяных эмульсий в системах сбора продукции скважин основных месторождений ОАО «АНК «Башнефть» на поздней стадии их разработки.

2. Разработана математическая модель пересчета характеристик насоса с воды на водонефтяные эмульсии, которая учитывает экспериментально установленный факт существования слоя вытеснения на диске рабочего колеса центробежного насоса. Эффективная вязкость слоя в значительной степени определяет величину падения напора и коэффициента полезного действия насоса.

3. Разработаны промысловые стенды и проведены испытания центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях. Сопоставление экспериментально полученных на стендах характеристик центробежных насосов с теоретическими подтвердило правомерность использования математической модели для расчета характеристик насосов, перекачивающих водонефтяные эмульсии.

4. Предложенная уточненная методика гидравлического расчета нисходящих участков при перекачке ГВН смесей определяет границы структурных форм на нисходящих участках в зависимости от расходного газосодержания и скорости смеси.